Outils et méthodes de détection de défauts

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I.4.1. Analyse des pertes de puissance d'une installation PV

Il existe sur le marché des systèmes de monitoring qui sont essentiellement intégrés dans l'onduleur. La solution dépendante de l'onduleur est la plus répandue. En effet, certains systèmes intégrés dans l'onduleur dépendent du protocole de communication de ces convertisseurs. L'inconvénient est que chaque fabriquant d'onduleur possède ses propres boîtiers d'acquisition de données. Des solutions "universelles" ont vu le jour regroupant tous les protocoles de communication des principaux onduleurs sur le marché. Cependant, ces solutions restent coûteuses et ne sont pas compatibles avec certains modèles d'onduleurs. Les données mesurées restent, la plupart du temps les mêmes :

• Le courant issu du générateur PV ;

• La tension issue du générateur PV ;

Les paramètres environnementaux peuvent être aussi mesurés comme la température ambiante et l'ensoleillement.

Ces mesures font partie de la mesure du côté DC. L'énergie injectée sur le réseau peut être relevé du coté AC en mesurant pour cela :

• Le courant AC ;

• La tension AC ;

• La fréquence et le déphasage ;

La comparaison de la puissance maximale actuelle mesurée à celle simulée peut apporter plus d’informations sur le comportement du système PV. L’idée principale proposée dans l’étude de [CHOUDER et al.] consiste à identifier le type de défaut présent sur une installation PV et plus particulièrement sur le générateur PV. Ces défauts sont regroupés en 4 familles :

• Modules défaillant dans un string ;

• Fausse alarme ;

• String défectueux ;

• Ombrage, vieillissement, erreur MPPT ;

Pour cela, il est nécessaire de quantifier les différents indicateurs (Yf, Yr, Ya et Rperf), répondant à la norme IEC 61724. Dès lors, une comparaison journalière entres les indicateurs simulés et mesurés est élaborée, afin de procéder à une détection de fautes, si une déviation entres ces deux courbes apparaît. Ainsi, un outil de détection de défaut est élaboré afin d'alerter l'installateur d'un défaut existant sur l'installation PV. Pour affiner et isoler le défaut

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et ainsi déterminer sa nature, deux indicateurs supplémentaires sont rajoutés dans l’algorithme :

• La comparaison du courant DC mesuré et simulé ;

• La comparaison de la tension DC mesurée et simulée ;

Suivant les valeurs issues de ces comparaisons, le système est capable d'identifier à quelle famille appartient le défaut.

I.4.2. Analyse de la caractéristique I-V

L’analyse de la caractéristique I-V dans des conditions anormales permet d’extraire des informations concernant la nature du défaut. C'est une technique complémentaire par rapport à la technique de l'analyse des pertes de puissance du générateur PV.

Une acquisition de la caractéristique I-V d’un string est effectuée sous faible ensoleillement. Chaque courbe I-V est divisée en deux zones, une zone de tension et une zone de courant [HIRATA et al.].

Figure I- 21: Concept d'acquisition de la caractéristique I-V dans deux zones dépendantes

La première zone de courant est obtenue lors de la charge du condensateur connecté en parallèle des panneaux en série. Une fois le condensateur chargé, un interrupteur commute vers la charge variable en série avec le condensateur. Ainsi, la seconde zone de tension est obtenue. Si un défaut est détecté, une déviation se crée dans la zone de tension. Avec cette méthode de détection, trois paramètres de la caractéristique peuvent être identifié comme la résistance série, la résistance shunt, le facteur d’idéalité de la diode.

De nombreuses modélisations ont été élaborées afin de travailler sur la caractéristique I-V et montrer le comportement de cette caractéristique face aux différents défauts présentés dans le

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chapitre 3. Il est important d’analyser automatiquement la dégradation des modules PV. La caractéristique I-V en fonctionnement normal est nécessaire pour faire une comparaison avec celle en fonctionnement anormal. La dérivée du courant par rapport à la tension permet de détecter un défaut d’ombrage [MISHINA et al.].

I.4.3. Méthode de thermographie Infrarouge

La méthode de thermographie ou d'imagerie d'infrarouge permet de localiser et identifier le défaut à la cellule près à l'aide d'une caméra thermique. Cette dernière peut également localiser des éventuels problèmes au niveau de la connectique des systèmes tant côté courant continu que courant alternatif.

Il est possible d'identifier différents types de défauts comme :

• Des cellules endommagées lors d'un échauffement ;

• Des connectiques défectueuses au niveau de la boîte de jonction ;

• Des apparitions de point chaud ;

• Des diodes by-pass défectueuses ;

• Des craquements de cellules ;

Dès lors, l'examen des panneaux installés ou des connectiques est possible au cours de leur fonctionnement normal et ne nécessite pas l'arrêt du système.

Des inspections périodiques avec une caméra thermique ont permis d'identifier différents défauts au niveau du bus continu [SPAGNOLO et al.].

Pour obtenir des images thermiques correctes et pertinentes, il faut que certaines conditions soient réunies comme l’utilisation d’une caméra thermique appropriée, dotée d’accessoires nécessaires. L’utilisation de cette méthode et de cette caméra doit se faire lorsque la puissance de l’installation est à sa puissance optimale pour voir les effets de la température. L’angle d’observation doit être dans un intervalle favorable (entres 5° et 60°).

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Figure I- 22: Apparition de point chaud sur module PV par thermographie infrarouge

I.4.4. Méthode de réflectométrie électrique

La méthode de réflectométrie électrique est une méthode électrique qui permet de mesurer les caractéristiques électriques d’une ligne de transmission et de détecter tout point de discontinuité. La réflectométrie est couramment utilisée pour la détermination de l’état électrique de câbles et de lignes. Elle fournit des informations pour la détection, la localisation et la caractérisation de défauts.

Figure I- 23: Principe de la méthode de réflectométrie pour localiser le défaut dans le string

Cette méthode consiste à envoyer un signal de type échelon et lorsqu’ un défaut se présente, une partie de ce signal est renvoyé vers le point d’injection. L’avantage de cette méthode est que la position du défaut de type circuit ouvert, court-circuit, augmentation ou diminution de l’impédance peut être localisée [TAKASHIMA et al.].

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